Ultra-low temperature scanning-tunneling microscopy studies on bottom-up strongly correlated electron systems

自下而上强相关电子系统的超低温扫描隧道显微镜研究

• 批准号: 22K18696
• 负责人: 花栗 哲郎
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18696/
• 关键词: 走査型トンネル顕微鏡; 単一原子操作; 強相関電子系

本研究では、走査型トンネル顕微鏡（STM）探針を用いて単一原子・分子を操作できることと、電子分光手法として数10 μeVにも及ぶ高いエネルギー分解能を有することを利用して、電子相関が顕著となる物質表面に非自明な電子状態を人工的に作り出すとともに、そこに創発する物性を探索する。基板として利用する候補物質の一つとして、1T-TaS2を予定しているが、バルク試料表面に形成されるドメイン構造や積層パターンの多様性に起因して電子状態が非常に複雑であることが明らかになってきたので、単純化するために、分子線エピタキシー法(MBE)による1T-TaS2の単層化を構想している。MBEで硫黄を取り扱うことは難しいため、当面1T-TaS2と似た物性を示す1T-TaSe2の成長を目指している。本年度は、MBEの試験として、作製条件が比較的確立している2H-NbSe2単層膜のMBE成長を試み、作製した単層膜を可搬超高真空チャンバーによってSTMに移送して100 mK以下の超低温での原子像観察、分光イメージングが可能なことを実証した。電子状態評価の手法として、通常のタングステン探針を用いたトンネル分光測定の技術は、ほぼ確立している。これに加え、スピンに関する情報も取得するため、超伝導体の磁性不純物が形成する100％スピン偏極したYu-Shiba-Rusinov状態を利用した高感度スピン検出を試みている。スピン検出の実証は終了しているが、超伝導探針を再現性よく作製することが難しかった。探針材料として超伝導転移温度の高いNbを利用しているが、探針先端が超伝導を示さないことが多く、探針先端の清浄化法確立が必要である。本年度はNb探針とNb単結晶基板を利用し、探針と基板の制御された衝突と電界放出を組み合わせることで、再現性よく超伝導探針を準備する方法を確立した。

在这项研究中，我们使用扫描隧道显微镜（STM）探针来操纵单个原子和分子的能力，以及将几个μEV作为电子光谱法的高能量分辨率人为地创建了在材料表面上进行电子相关性和搜索物理性质的物质表面上的非客气电子状态的非繁殖电子状态，并搜索了该物理性质的出现。我们计划将1T-TAS2用作用作底物的候选物质之一，但是由于域结构的多样性和在散装样品表面形成的域结构和层压模式的多样性，电子状态非常复杂，因此为了简化它，我们计划使用Monolayer 1T-Tas2使用Monolayer 1T-Tas2使用Monolayer beam Epitaxy（mbe）。由于很难用MBE处理硫，因此我们的目标是生长1T-Tase2，该2暂时表现出类似于1T-TAS2的物理特性。今年，我们试图将2H-NBSE2单层电影的MBE种植，这些电影具有相对良好的制造条件，并证明可以使用便携式超高真空室将制造的单层胶片转移到STM中，从而可以观察原子学和光谱成像时在超低温度下的100 MK或100 Mk的超低成像。作为评估电子状态的方法，几乎​​已经建立了使用常规钨探针的隧道光谱技术。此外，为了获得有关自旋的信息，我们正在尝试使用由超导体中的磁杂质形成的100％自旋偏振射线式rusinov状态检测高度敏感的旋转。尽管自旋检测已经完成，但很难产生具有可重现性的超导探针。尽管具有高超导性过渡温度的NB被用作探针材料，但探针的尖端通常不会表现出超导性，因此有必要建立一种清洁探针尖端的方法。今年，我们已经建立了一种通过使用NB探针和NB单晶基材来准备具有可重复性的超导探针的方法，结合了受控的碰撞和探针和底物之间的现场排放。